Hệ thống giám sát và báo động khí gas

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS GVHD: Hà A Thồi SVTH: Đồn Thanh Đủ MSSV: 14141068 Tp Hồ Chí Minh – 07/2018 i TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp HCM, ngày 20 tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Thanh Đủ MSSV: 14141068 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2014 Lớp: 1414DT2 I TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Hệ thống giám sát báo động khí gas thực với số liệu ban đầu sau: - Hệ thống thu thập liệu nồng độ khí gas theo giá trị % để giám sát nồng độ khí gas có khơng khí - Hiển thị giá trị thu thập LCD trang web Thingspeak.com để theo dõi tình trạng nồng độ khí gas khơng khí - Nếu phát nồng độ khí gas khơng khí tăng lên, có rị rỉ khí gas nguy hiểm báo động thơng qua cịi báo động, tin nhắn sms gọi điện Nội dung thực - Xác định mục tiêu giới hạn đề tài - Tìm hiểu sở lý thuyết - Thiết kế thi công mạch nguồn - Thiết kế khối cảm biến, khối hiển thị, khối báo động chỗ, khối up liệu lên web, khối báo động qua tin nhắn, khối truyền nhận liệu sóng RF - Thiết kế thi cơng xử lí thứ cấp, xử lí trung tâm - Viết code cho Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3 - Viết code cho ESP8266 NodeMCU - Tạo tài khoản web thingspeak.com để liên kết đưa liệu lên ii - Thiết kế hộp bảo vệ cho board mạch - Lắp ráp board mạch, cảm biến vào hộp bảo vệ - Chỉnh sửa lỗi điều khiển, lỗi lập trình lỗi thiết bị - Chạy thử nghiệm hệ thống - Cân chỉnh hệ thống - Viết luận văn - Báo cáo đề tài tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/3/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/6/2018 V HỌ VÀ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Hà A Thồi GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP iii TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp HCM, ngày 20 tháng năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Thanh Đủ Lớp: 1414DT2C MSSV:14141068 Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ BÁO ĐỘNG KHÍ GAS Tuần/ngày Nội dung Tuần (19/3 –25/3) - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đồ án - GVHD tiến hành xét duyệt đề tài Tuần (26/3 – 1/4) - Viết đề cương - Viết lịch trình làm đề tài Tuần (2/4 – 8/4) -Tìm hiểu sở lý thuyết liên quan với đề tài: Cảm biến khí gas MQ2, Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560, ESP8266 NodeMCU, LCD 16x2, Module NRF24L01 thu phát sóng vơ tuyến, Module Sim 900a mini Tuần (9/4 – 15/4) - Tìm hiểu giao tiếp cảm biến, module thiết bị cảnh báo với Arduino điều khiển thứ cấp Tuần (16/4 – 22/4) - Tìm hiểu giao tiếp module thiết bị cảnh báo với Arduino điều khiển trung tâm - Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức khối - Tính tốn thiết kế khối nguồn Tuần (23/4 – 29/4) - Kết nối tất khối lại thiết kế sơ đồ tồn mạch, giải thích ngun lý hoạt động mạch - Vẽ PCB Tuần (30/4 – 6/5) - Lập trình code cho VDK tiến hành thi công mạch Xác nhận GVHD iv Tuần (7/5 – 13/5) - Lập trình code cho VDK tiến hành thi cơng mạch Tuần (14/5 –20/5) - Lập trình code cho VDK tiến hành thi công mạch Tuần 10 (21/5 – 27/5) - Kiểm tra mạch thi công - Viết báo cáo nội dung làm Tuần 11 (28/5 – 3/6) - Hoàn thiện báo cáo gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo - Nộp báo cáo báo cáo đề tài Tuần 12 (4/6 – 10/6) - Làm slide (6-10 slide), báo cáo với GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) v LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm chúng tơi thực dựa sách nghiên cứu từ tài liệu online để hồn thiện đề tài, khơng chép từ cơng trình có trước Người thực đề tài Đồn Thanh Đủ vi LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Hà A Thồi trực tiếp hướng dẫn, góp ý, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài Em xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Điện - Điện Tử tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 1414DT2 chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Cảm ơn đến cha mẹ tạo điều kiện tốt kinh tế tinh thần để hoàn thành tốt đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Đoàn Thanh Đủ vii MỤC LỤC Nội dung Trang Trang phụ bìa .i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iv Lời cam đoan vi Lời cảm ơn vii Mục lục viii Liệt kê hình ảnh xi Liệt kê bảng xv Tóm tắt .xvi Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1 Bộ điều khiển trung tâm 2.2.2 LCD 16x2 11 2.2.3 Module cảm biến khí MQ-2 15 2.2.4 Kit Wi-fi ESP8266 NodeMCU 17 2.2.5 Module thu phát sóng RF 21 2.2.6 Module Sim900A mini 25 2.2.7 Module Relay kênh 5V 29 2.2.8 Còi báo động 12V 31 2.3 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 32 2.3.1 Giao tiếp Serial – UART 32 viii 2.3.2 Chuẩn truyền thông SPI 33 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 34 3.1 GIỚI THIỆU 34 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 34 3.2.2 Tính tốn thiết kế 35 3.2.3 Sơ đồ ngun lí tồn hệ thống 43 3.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 46 3.3.1 Lưu đồ giải thuật 46 3.3.2 Phần mềm lập trình 55 3.3.3 Trang Web ThingSpeak.com 64 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 67 4.1 GIỚI THIỆU 67 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 67 4.2.1 Thi công board mạch 67 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 70 4.2.3 Thi công hộp bảo vệ 71 4.2.4 Tài liệu hướng dẫn sử dụng thao tác 74 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 75 5.1 GIỚI THIỆU 75 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 75 5.2.1 Sử dụng cảm biến 75 5.2.2 Sử dụng Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3 75 5.2.3 Đưa liệu lên web Thingspeak.com dùng ESP8266 NodeMCU 76 5.2.4 Truyền nhận thơng tin qua lại dùng sóng vơ tuyến (RF) 76 5.2.5 Sử dụng module Sim thực gọi gửi tin nhắn 76 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 77 5.3.1 Hình ảnh hệ thống hoàn thành hoạt động 77 5.3.2 Tình trạng hệ thống khơng có khí gas rị rỉ 78 5.3.3 Tình trạng hệ thống rị rỉ khí gas khu vực 80 5.3.4 Tình trạng hệ thống rị rỉ khí gas khu vực 83 5.3.5 Tình trạng hệ thống rị rỉ khí gas khu vực 86 5.4 NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 88 ix 5.4.1 Nhận xét 88 5.4.2 Đánh giá 89 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIẾN 90 6.1 KẾT LUẬN 90 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 92 x PHỤ LỤC Serial.println(msg5[0]); } void Truyen_NRF2() { radio.begin(); radio.openWritingPipe(pipe4); radio.stopListening(); radio.write(msg5, 1); Serial.println("bat loa he thong2"); Serial.print("msg5 :"); Serial.println(msg5[0]); } void goi() { if (trang_thai_tn == 1){ delay(20); if (trang_thai_tn == 1){ if((dem_timer10)){ SIM900.println("ATD+841692753665;"); // GỌI ĐẾN SỐ } else { SIM900.println(); } } } else if (trang_thai_tn == 2){ delay(20); if (trang_thai_tn == 2){ if((dem_timer10)){ SIM900.println("ATD+841692753665;"); // GỌI ĐẾN SỐ } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 101 PHỤ LỤC else { SIM900.println(); } } } else if (trang_thai_tn == 3){ delay(20); if (trang_thai_tn == 3){ if((dem_timer10)){ SIM900.println("ATD+841692753665;"); // GỌI ĐẾN SỐ } else { SIM900.println(); } } } } void SMS() { if (trang_thai_tn == 1){ delay(20); if (trang_thai_tn == 1){ if((dem_timer0)){ sendSMS(textSMS1);//GỬI TÍN HIÊU SMS Serial.println("GUI SMS");//IN RA MÀN HINH } } } else if (trang_thai_tn == 2){ delay(20); if (trang_thai_tn == 2){ if((dem_timer0)){ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 102 PHỤ LỤC sendSMS(textSMS2);//GỬI TÍN HIÊU SMS Serial.println("GUI SMS");//IN RA MÀN HINH } } } else if (trang_thai_tn == 3){ delay(20); if (trang_thai_tn == 3){ if((dem_timer0)){ sendSMS(textSMS3);//GỬI TÍN HIÊU SMS Serial.println("GUI SMS");//IN RA MÀN HINH } } } } void sendSMS(String message) { SIM900.print("AT+CSCS=\"GSM\"\r\n"); // Lệnh AT để gửi in nhắn SMS SIM900_response(500); SIM900.print("AT+CMGF=1\r\n"); // Bắt đầu trình gửi tin nhắn SIM900_response(500); SIM900.print("AT+CMGS=\"+841692753665\"\r"); // Số điên thoại người nhân theo format quốc tế SIM900_response(500); SIM900.print(message); // gửi nội dung tin nhắn SIM900_response(500); SIM900.print((char)26); // Kết thúc lênh gửi SIM900_response(5000); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 103 PHỤ LỤC } void SIM900_response(int time) { int tnow = millis(); while ((millis()-tnow) < time){ if (SIM900.available()){ tempchar = (char)SIM900.read(); if (tempchar == '\r'){ Serial.print("/R/"); } else if (tempchar == '\n'){ Serial.println("/N/"); } else Serial.print(tempchar); } } } void set_up_timer() { cli(); // tắt ngắt toàn cục /* Reset Timer/Counter1 */ TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TIMSK1 = 0; /* Setup Timer/Counter1 */ TCCR1B |= (1